(57)【要約】【課題】  発電効率のよい燃料電池の製造方法および燃料電池を提供する。【解決手段】  第１の基板２、発電部３、第２の基板４からなる燃料電池で、発電部３を構成する第１の集電層８、第１のガス拡散層１０、第１の反応層１２、電解質層１４、第２の反応層１６、第２のガス拡散層１８、第２の集電層２０、の各層で互いに隣接する２つの層を構成する材料が混在する領域をその２つの層の間に形成した。例えば、第１の反応層１２と電解質層１４の間に第１の反応層１２の構成材料と電解質層１４の構成材料が混在する第３の混合層１３を形成した。第３の混合層１３では、第１の反応層１２を構成する粒子と電解質層１４を構成する重合体が接触している個所が多く存在するので、第１の反応層１２でイオン化した水素イオンが電解質層１４に流れ易くなっている。他の層でも同様にイオン又は、電子が流れやすい構成となっている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反応流体を供給するための第１の流体供給路が形成された第１の基板と、
第１の集電層と、第１の反応層と、電解質層と、第２の反応層と、第２の集電層と、
第２の反応流体を供給するための第２の流体供給路が形成された第２の基板と、
が積層された燃料電池であって、
前記第１の反応層と前記電解質層の間に位置する、前記第１の反応層の材料と前記電解質層の材料とを含む混合層と、
前記電解質層と第２の反応層の間に位置する、前記電解質層の材料と第２の反応層の材料とを含む混合層とのうち、少なくとも一方の混合層を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
第１の反応流体を供給するための第１の流体供給路が形成された第１の基板と、
第１の集電層と、第１の流体拡散層と、第１の反応層と電解質層と、第２の反応層と、  第２の集電層と、
第２の反応流体を供給するための第２の流体供給路が形成された第２の基板と、
が積層された燃料電池であって、
前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の間に位置する、前記第１の集電層の材料と前記第１の流体拡散層の材料とを含む混合層と、
前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の間に位置する、前記第１の流体拡散層の材料と前記第１の反応層の材料とを含む混合層とのうち、少なくとも一方の混合層を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池において、
前記第２の反応層と前記第２の集電層の間に、第２の流体拡散層を備え、
前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の間に位置する、第２の反応層の材料と第２の流体拡散層の材料とを含む混合層と、
前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の間に位置する、前記第２の流体拡散層の材料と第２の集電層の材料とを含む混合層とのうち少なくとも一方の混合層を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項２または３に記載の燃料電池において、
前記第１の反応層と前記電解質層の間に位置する、第１の反応層の材料と電解質層の材料とを含む混合層と、
前記電解質層と第２の反応層との間に位置する、前記電解質層の材料と第２の反応層の材料を含む混合層とのうち、少なくとも一方の混合層を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１または４に記載の燃料電池において、
前記第１および第２の反応層と、前記電解質層とのうちいずれか２つの層の材料を含む混合層は、少なくとも一方の混合層の材料の濃度が連続的に変化して形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項２に記載の燃料電池において、
前記第１の集電層、前記第１の流体拡散層、前記第１の反応層のうちいずれか２つの層の材料を含む混合層は、少なくとも一方の混合層の材料の濃度が連続的に変化して形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項３に記載の燃料電池において、
前記第２の集電層、前記第２の流体拡散層、前記第２の反応層のうちいずれか２つの層の材料を含む混合層は、少なくとも一方の混合層の材料の濃度が連続的に変化して形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
燃料電池の製造方法であって、
第１の基板上に第１の集電層を形成する第１の集電層形成工程と、
前記第１の集電層上に第１の反応層を形成する第１の反応層形成工程と、
前記第１の反応層上に電解質層を形成する電解質層形成工程と、
前記電解質層の上に第２の反応層を形成する第２の反応層形成工程と、
前記第２の反応層の上に第２の集電層を形成する第２の集電層形成工程と、
前記第２の集電層の上に第２基板を配置する工程とを含み、
前記電解質層形成工程と前記第２の反応層形成工程との間に行われ、前記第１の反応層の材料と前記電解質層の材料とを拡散させて当該２つの層の間に前記混合層を形成する工程と、
前記第２の反応層形成工程と前記第２の集電層形成工程との間に行われ、前記電解質層の材料と前記第２の反応層の材料とを拡散させて当該２つの層の間に前記混合層を形成する工程とのうち少なくとも一方の工程を備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項９】
燃料電池の製造方法であって、
第１の基板上に第１の集電層を形成する第１の集電層形成工程と、
前記第１の集電層上に第１の流体拡散層を形成する第１の流体拡散層形成工程と、
前記第１の流体拡散層上に第１の反応層を形成する第１の反応層形成工程と、
前記第１の反応層形成工程上に電解質層を形成する電解質層形成工程と、
前記電解質層上に第２の反応層を形成する第２の反応層形成工程と、
前記第２の反応層上に第２の集電層を形成する第２の集電層形成工程と、
前記第２の集電層上に第２基板を配置する第２基板配置工程とを含み、
前記第１の流体拡散層形成工程と第１の反応層形成工程との間に行われ、前記第１の集電層の材料と前記第１の流体拡散層の材料とを拡散させて、当該２つの層の間に混合層を形成する工程と、
前記第１の反応層形成工程と電解質層形成工程との間に行われ、前記第１の流体拡散層の材料と前記第１の反応層の材料とを拡散させて、当該２つの層の間に混合層を形成する工程とのうち、少なくとも一方の工程を備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
燃料電池の製造方法であって、
第１の基板上に第１の集電層を形成する第１の集電層形成工程と、
前記第１の集電層上に第１の流体拡散層を形成する第１の流体拡散層形成工程と、
前記第１の流体拡散層上に第１の反応層を形成する第１の反応層形成工程と、
前記第１の反応層形成工程上に電解質層を形成する電解質層形成工程と、
前記電解質層上に第２の反応層を形成する第２の反応層形成工程と、
前記第２の反応層上に第２の流体拡散層を形成する第２の流体拡散層形成工程と、
前記第２の流体拡散層上に第２の集電層を形成する第２の集電層形成工程と、
前記第２の集電層上に第２基板を配置する第２基板配置工程とを含み、
前記第２の流体拡散層形成工程に続いて行われ、前記第２の反応層の材料と前記第２の流体拡散層の材料とを拡散させて、当該２つの層の間に混合層を形成する工程と、
前記第２の集電層形成工程に続いて行われ、前記第２の流体拡散層の材料と前記第２の集電層の材料とを拡散させて、当該２つの層の間に混合層を形成する工程とのうち、少なくとも一方の工程を備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記第１の流体拡散層形成工程と第１の反応層形成工程との間に行われ、前記第１の集電層の材料と前記第１の流体拡散層の材料とを拡散させて、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層との間に混合層を形成する工程と、
前記第１の反応層形成工程と電解質層形成工程との間に行われ、前記第１の流体拡散層の材料と前記第１の反応層の材料とを拡散させて、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の間に混合層を形成する工程とのうち、少なくとも一方の工程を備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか一項に記載の燃料電池の製造方法において、
前記電解質層形成工程に続いて行われ、前記第１の反応層の材料と前記電解質層の材料とを拡散させて前記第１の反応層と前記電解質層との間に前記混合層を形成する工程と、
前記第２の反応層形成工程に続いて行われ、前記電解質層の材料と前記第２の反応層の材料とを拡散させて前記電解質層と前記第２の反応層との間に前記混合層を形成する工程とのうち少なくとも一方の工程を備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１３】
請求項８または１２に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を挟む前記第１の反応層と前記電解質層の形成工程は、いずれの工程も層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第１の反応層と前記電解質層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の塗布後に前記第１の反応層と前記電解質層の各材料の粒子が液中で拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記第１の反応層と前記電解質層とを乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１４】
請求項８または１２に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を挟む前記電解質層と前記第２の反応層の形成工程は、いずれの工程も層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記電解質層と前記第２の反応層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の塗布後に前記電解質層と前記第２の反応層の各材料の粒子が液中で拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記電解質層と前記第２の反応層とを乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１５】
請求項９または１１に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を挟む前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の形成工程は、いずれの工程も層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の塗布後に前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の各材料の粒子が液中で拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層とを乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１６】
請求項９または１１に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を挟む前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の形成工程は、いずれの工程も層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の塗布後に前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の各材料の粒子が液中で拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層とを乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１７】
請求項１０に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を挟む前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の形成工程は、いずれの工程も層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の塗布後に前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の各材料の粒子が液中で拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層とを乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１８】
請求項１０に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を挟む前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の形成工程は、いずれの工程も層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の塗布後に前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の各材料の粒子が液中で拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層とを乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、
前記第１の反応層と前記電解質層の形成工程の前記先に塗布された層の上に前記後の層の液状材料を塗布し、前記拡散工程と前記乾燥工程との後に、前記後の層の液状材料が乾燥した上に、前記後の層の液状材料を再度塗布する工程を備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、
前記電解質層と前記第２の反応層の形成工程の前記先に塗布された層の上に前記後の層の液状材料を塗布し、前記拡散工程と前記乾燥工程との後に、前記後の層の液状材料が乾燥した上に、前記後の層の液状材料を再度塗布する工程を備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２１】
請求項１５に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、
前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の形成工程の前記先に塗布された層の上に前記後の層の液状材料を塗布し、前記拡散工程と前記乾燥工程との後に、前記後の層の液状材料が乾燥した上に、前記後の層の液状材料を再度塗布する工程を備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２２】
請求項１６に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、
前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の形成工程の前記先に塗布された層の上に前記後の層の液状材料を塗布し、前記拡散工程と前記乾燥工程との後に、前記後の層の液状材料が乾燥した上に、前記後の層の液状材料を再度塗布する工程を備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２３】
請求項１７に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、
前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の形成工程の前記先に塗布された層の上に前記後の層の液状材料を塗布し、前記拡散工程と前記乾燥工程との後に、前記後の層の液状材料が乾燥した上に、前記後の層の液状材料を再度塗布する工程を備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２４】
請求項１８に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、
前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の形成工程の前記先に塗布された層の上に前記後の層の液状材料を塗布し、前記拡散工程と前記乾燥工程との後に、前記後の層の液状材料が乾燥した上に、前記後の層の液状材料を再度塗布する工程を備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２５】
請求項８または１２に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を挟む前記第１の反応層と前記電解質層の形成工程は、いずれも層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第１の反応層と前記電解質層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され乾燥した層の上に当該乾燥した先の層を再溶解可能な溶媒を含む後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の液状材料の塗布後に前記再溶解および前記第１の反応層と前記電解質層の各材料の粒子が液を介して拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記２つの層を乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２６】
請求項８または１２に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を挟む前記電解質層と前記第２の反応層の形成工程は、いずれも層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記電解質層と前記第２の反応層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され乾燥した層の上に当該乾燥した先の層を再溶解可能な溶媒を含む後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の液状材料の塗布後に前記再溶解および前記電解質層と前記第２の反応層の各材料の粒子が液を介して拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記２つの層を乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２７】
請求項９または１１に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を挟む前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の形成工程は、いずれも層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され乾燥した層の上に当該乾燥した先の層を再溶解可能な溶媒を含む後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の液状材料の塗布後に前記再溶解および前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の各材料の粒子が液を介して拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記２つの層を乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２８】
請求項９または１１に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を挟む前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の形成工程は、いずれも層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され乾燥した層の上に当該乾燥した先の層を再溶解可能な溶媒を含む後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の液状材料の塗布後に前記再溶解および前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の各材料の粒子が液を介して拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記２つの層を乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２９】
請求項１０に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を挟む前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の形成工程は、いずれも層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され乾燥した層の上に当該乾燥した先の層を再溶解可能な溶媒を含む後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の液状材料の塗布後に前記再溶解および前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の各材料の粒子が液を介して拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記２つの層を乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３０】
請求項１０に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を挟む前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の形成工程は、いずれも層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され乾燥した層の上に当該乾燥した先の層を再溶解可能な溶媒を含む後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の液状材料の塗布後に前記再溶解および前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の各材料の粒子が液を介して拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記２つの層を乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３１】
請求項８または１２に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を形成する工程は、前記第１の反応層と前記電解質層とのうち積層順で先に形成される層の材料の粒径が、後に形成される層の材料の粒径より小さい場合に少なくとも行われることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３２】
請求項８または１２に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を形成する工程は、前記電解質層と前記第２の反応層とのうち積層順で先に形成される層の材料の粒径が、後に形成される層の材料の粒径より小さい場合に少なくとも行われることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３３】
請求項９または１１に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を形成する工程は、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層とのうち積層順で先に形成される層の材料の粒径が、後に形成される層の材料の粒径より小さい場合に少なくとも行われることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３４】
請求項９または１１に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を形成する工程は、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層とのうち積層順で先に形成される層の材料の粒径が、後に形成される層の材料の粒径より小さい場合に少なくとも行われることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３５】
請求項１０に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を形成する工程は、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層とのうち積層順で先に形成される層の材料の粒径が、後に形成される層の材料の粒径より小さい場合に少なくとも行われることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３６】
請求項１０に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記混合層を形成する工程は、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層とのうち積層順で先に形成される層の材料の粒径が、後に形成される層の材料の粒径より小さい場合に少なくとも行われることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３７】
請求項８または１２に記載の燃料電池の製造方法において、
前記混合層を形成する工程は、前記混合層を挟む前記第１の反応層と前記電解質層の材料の粒子を所定の割合で含む液状材料を塗布する工程と、当該塗布工程の後に当該塗布した層を乾燥させて前記混合層を形成する乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３８】
請求項８または１２に記載の燃料電池の製造方法において、
前記混合層を形成する工程は、前記混合層を挟む前記電解質層と前記第２の反応層の材料の粒子を所定の割合で含む液状材料を塗布する工程と、当該塗布工程の後に当該塗布した層を乾燥させて前記混合層を形成する乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３９】
請求項９または１１に記載の燃料電池の製造方法において、
前記混合層を形成する工程は、前記混合層を挟む前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の材料の粒子を所定の割合で含む液状材料を塗布する工程と、当該塗布工程の後に当該塗布した層を乾燥させて前記混合層を形成する乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項４０】
請求項９または１１に記載の燃料電池の製造方法において、
前記混合層を形成する工程は、前記混合層を挟む前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の材料の粒子を所定の割合で含む液状材料を塗布する工程と、当該塗布工程の後に当該塗布した層を乾燥させて前記混合層を形成する乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項４１】
請求項１０に記載の燃料電池の製造方法において、
前記混合層を形成する工程は、前記混合層を挟む前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の材料の粒子を所定の割合で含む液状材料を塗布する工程と、当該塗布工程の後に当該塗布した層を乾燥させて前記混合層を形成する乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項４２】
請求項１０に記載の燃料電池の製造方法において、
前記混合層を形成する工程は、前記混合層を挟む前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の材料の粒子を所定の割合で含む液状材料を塗布する工程と、当該塗布工程の後に当該塗布した層を乾燥させて前記混合層を形成する乾燥工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項４３】
請求項８〜４２のいずれか一項に記載の燃料電池の製造方法において、
層の材料を塗布する方法は、層の材料を含む液滴を吐出して塗布することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項４４】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする電子機器。
【請求項４５】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の製造方法および燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯型の電子機器や電気自動車など電池を搭載した製品において、製品の機能向上に伴い製品が必要とする電力の大容量化と、効率向上による小型化、軽量化、高出力化の要求が高まっており、その電池の実現手段として燃料電池が知られている。
【０００３】
燃料電池は、電解質層を挟んだ両側に電極を配置し、外部から酸素流体と水素流体を電極に供給し、酸素と水素の反応により発電する。例えば、電解質層の両側に触媒として白金などの金属粒子からなる反応層を配置し、その反応層を挟んだ両側には、非反応性の粒子からなる流体拡散層を配置し、その外側の両面に集電層となる電極が配置した構造の燃料電池が知られている。
【０００４】
水素を供給する電極（アノード）側では、水素は、反応層にて水素イオンと電子に分離する反応が行われ、電子は電極へ流れ、水素イオンは電解質層へ流れる。一方、酸素を供給する電極（カソード）側では、供給された酸素と、電解質層を透過して来た水素イオンと、外部負荷抵抗を経て電極から供給された電子にて、水を生成する反応が行われる。
燃料電池の製造方法としては例えば特許文献１に記載された製造方法が開示されている。この方法によれば、集電層を塗布し乾燥した後、拡散層を塗布乾燥して層を形成していた。引き続き、反応層、電解質層、反応層、拡散層、集電層の各層についても同様に、塗布し乾燥して形成していた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９８８６０号公報（４頁、図１〜２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記燃料電池において、電解質層、反応層、拡散層、集電層の各層を単純に塗布・乾燥して積層した場合であっては、流体分子のイオン化反応及び、流体分子の結合反応の反応速度が遅いという問題があった。
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、発電効率のよい燃料電池の製造方法および燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池は、第１の反応流体を供給するための第１の流体供給路が形成された第１の基板と、第１の集電層と、第１の反応層と、電解質層と、第２の反応層と、第２の集電層と、第２の反応流体を供給するための第２の流体供給路が形成された第２の基板と、が積層された燃料電池であって、前記第１の反応層と前記電解質層の間に位置する、前記第１の反応層の材料と前記電解質層の材料とを含む混合層と、前記電解質層と第２の反応層の間に位置する、前記電解質層の材料と第２の反応層の材料とを含む混合層とのうち、少なくとも一方の混合層を備えたことを要旨とする。
【０００８】
これによれば、第１の反応層と電解質層の間に、第１の反応層の材料と電解質層の材料が混在した混合層が形成されるとき、混合層では、第１の反応層の材料の構成要素と、電解質層の材料の構成要素が混在し、２つの層の多くの構成要素が互いに接触している。この状態のとき、燃料電池の発電効率が良いことが確認されている。その理由として次の様に推測される。第１の反応層の構成要素の触媒機能により第１の反応流体はイオン化し、イオン物質となる。第１の反応層の材料の構成要素と、電解質層の材料の構成要素が混在している混合層において、このイオン物質は、第１の反応層の材料の構成要素と接触している電解質層の材料の構成要素に接触し易くなっている。その電解質層の材料の構成要素に接触したイオン物質は電解質層の材料の構成要素を伝って電解質層へ移動する。つまり、第１の反応層で発生したイオン物質は、混合層を介して電解質層に流れ易くなっているので、効率よくイオン物質が流動し、発電効率が向上すると考えられる。その結果効率のよい燃料電池となる。
同様に、電解質層と第２の反応層の間に、電解質層の材料と第２の反応層の材料が混在した混合層が形成されるとき、混合層では、第２の反応層の材料の構成要素と、電解質層の材料の構成要素が混在し、２つの層の多くの構成要素が互いに接触している。この状態のとき、第１の反応層の材料と電解質層の材料を含んだ混合層のときと同様に、燃料電池の発電効率が良いことが確認されている。その理由として次の様に推測される。電解質層を通過したイオン物質は電解質層の材料の構成要素と接触している第２の反応層の材料の構成要素を伝わって第２の反応層へ移動し易いと想定される。電解質層を通過したイオン物質は、第２の反応層に流れ易くなっており、効率よくイオン物質が第２の反応層に供給され、第２の反応流体と反応し発電される。その結果効率のよい燃料電池となる。
【０００９】
本発明の燃料電池は、第１の反応流体を供給するための第１の流体供給路が形成された第１の基板と、第１の集電層と、第１の流体拡散層と、第１の反応層と電解質層と、第２の反応層と、第２の集電層と、第２の反応流体を供給するための第２の流体供給路が形成された第２の基板と、が積層された燃料電池であって、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の間に位置する、前記第１の集電層の材料と前記第１の流体拡散層の材料とを含む混合層と、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の間に位置する、前記第１の流体拡散層の材料と前記第１の反応層の材料とを含む混合層とのうち、少なくとも一方の混合層を備えたことを要旨とする。
【００１０】
これによれば、第１の集電層と第１の流体拡散層の間に形成された、第１の集電層の材料と第１の流体拡散層の材料が混在した層が形成されるとき、第１の集電層の材料と第１の流体拡散層の材料が混在した混合層では、第１の集電層の材料の構成要素と第１の流体拡散層の材料の構成要素が混在し、２つの層の多くの構成要素が互いに接触している。したがって、第１の流体拡散層を通過した電子は、第１の流体拡散層の構成要素から、第１の流体拡散層の構成要素と接触している第１の集電層の構成要素を伝って第１の集電層へ移動し易い環境にある。つまり、第１の流体拡散層を通過した電子は、第１の集電層に流れ易くなっているので、第１の集電層と第１の流体拡散層の間の電気抵抗を低くすることができる。その結果効率のよい燃料電池となる。
同様に、第１の流体拡散層と第１の反応層の間に、第１の流体拡散層の材料と第１の反応層の材料を含んだ層が形成されるとき、第１の流体拡散層の材料と第１の反応層の材料を含んだ層では、第１の流体拡散層の材料の構成要素と第１の反応層の材料の構成要素が混在し、２つの層の多くの構成要素が互いに接触している。したがって、第１の反応層で発生した電子は、第１の反応層の構成要素から、第１の反応層の構成要素と接触している第１の流体拡散層の構成要素を通って第１の流体拡散層へ移動し易い環境にある。つまり、第１の反応層で発生した電子は、第１の流体拡散層に流れ易くなっているので、第１の流体拡散層と第１の反応層の間の電気抵抗を低くすることができる。その結果効率のよい燃料電池となる。
【００１１】
本発明の燃料電池は、前記第２の反応層と前記第２の集電層の間に、第２の流体拡散層を備え、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の間に位置する、第２の反応層の材料と第２の流体拡散層の材料とを含む混合層と、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の間に位置する、前記第２の流体拡散層の材料と第２の集電層の材料とを含む混合層とのうち少なくとも一方の混合層を備えてもよい。
【００１２】
これによれば、第２の反応層と第２の流体拡散層の間に、第２の反応層の材料と第２の流体拡散層の材料を含んだ層が形成されるとき、第２の反応層の材料と第２の流体拡散層の材料が混在した混合層では、第２の反応層の材料の構成要素と第２の流体拡散層の材料の構成要素が混在し、２つの層の多くの構成要素が互いに接触している。したがって、第２の流体拡散層を通過した電子は、第２の流体拡散層の構成要素から、第２の流体拡散層の構成要素と接触している第２の反応層の構成要素を通って移動し易い環境にある。つまり、第２の流体拡散層を通過した電子は、第２の反応層に流れ易くなっているので、第２の反応層と第２の流体拡散層の間の電気抵抗を低くすることができる。その結果効率のよい燃料電池となる。
同様に、第２の流体拡散層と第２の集電層の間に、第２の流体拡散層の材料と第２の集電層の材料が混在した混合層が形成されるとき、第２の流体拡散層の材料と第２の集電層の材料が混在した混合層では、第２の流体拡散層の材料の構成要素と第２の集電層の材料の構成要素が混在し、２つの層の多くの構成要素が互いに接触している。したがって、第２の集電層を通過した電子は、第２の集電層の構成要素から、第２の集電層の構成要素と接触している第２の流体拡散層の構成要素を通って移動し易い環境にある。つまり、第２の集電層を通過した電子は、第２の流体拡散層に流れ易くなっているので、第２の流体拡散層と第２の集電層の間の電気抵抗を低くすることができる。その結果効率のよい燃料電池となる。
【００１３】
本発明の燃料電池は、前記第１の反応層と前記電解質層の間に位置する、第１の反応層の材料と電解質層の材料とを含む混合層と、前記電解質層と第２の反応層との間に位置する、前記電解質層の材料と第２の反応層の材料を含む混合層とのうち、少なくとも一方の混合層を備えてもよい。
【００１４】
これによれば、第１の反応層と電解質層の間に、第１の反応層の材料と電解質層の材料を含んだ混合層が形成されるときには、この混合層では、第１の反応層の材料の構成要素と、電解質層の材料の構成要素が混在し、２つの層の多くの構成要素が互いに接触している。この様な混合層において、効率よくイオン物質が流動し発電される事が確認されており、効率のよい燃料電池となる。
同様に、電解質層と第２の反応層の間に、電解質層の材料と第２の反応層の材料を含んだ混合層が形成されるときには、この混合層では、第２の反応層の材料の構成要素と、電解質層の材料の構成要素が混在し、２つの層の多くの構成要素が互いに接触している。この様な混合層において、効率よくイオン物質が流動し発電される事が確認されており、効率のよい燃料電池となる。
【００１５】
本発明の燃料電池は、前記第１および第２の反応層と、前記電解質層とのうちいずれか２つの層の材料を含む混合層は、少なくとも一方の混合層の材料の濃度が連続的に変化して形成されていてもよい。
これによれば、前記第１の反応層と前記電解質層が隣接した領域と前記第２の反応層と前記電解質層が隣接した領域では、各領域において、２つの層の材料が混在し、且つ、構成比率が連続的に変化して形成されている。一方の層の材料と他方の層の材料を積層して拡散させることで形成できることから、層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成することができる。
【００１６】
本発明の燃料電池は、前記第１の集電層、前記第１の流体拡散層、前記第１の反応層のうちいずれか２つの層の材料を含む混合層は、少なくとも一方の混合層の材料の濃度が連続的に変化して形成されていてもよい。
これによれば、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層が隣接した領域と前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層が隣接した領域では、各領域において、２つの層の材料が混在し、且つ、構成比率が連続的に変化して形成されている。一方の層の材料と他方の層の材料を積層して拡散させることで形成できることから、層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成することができる。
【００１７】
本発明の燃料電池は、前記第２の集電層、前記第２の流体拡散層、前記第２の反応層のうちいずれか２つの層の材料を含む混合層は、少なくとも一方の混合層の材料の濃度が連続的に変化して形成されていてもよい。
これによれば、前記第２の集電層と前記第２の流体拡散層が隣接した領域と前記第２の流体拡散層と前記第２の反応層が隣接した領域では、各領域において、２つの層の材料が混在し、且つ、構成比率が連続的に変化して形成されている。一方の層の材料と他方の層の材料を積層して拡散させることで形成できることから、層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成することができる。
【００１８】
本発明の燃料電池の製造方法において、第１の基板上に第１の集電層を形成する第１の集電層形成工程と、前記第１の集電層上に第１の反応層を形成する第１の反応層形成工程と、前記第１の反応層上に電解質層を形成する電解質層形成工程と、前記電解質層の上に第２の反応層を形成する第２の反応層形成工程と、前記第２の反応層の上に第２の集電層を形成する第２の集電層形成工程と、前記第２の集電層の上に第２基板を配置する工程とを含み、前記電解質層形成工程と前記第２の反応層形成工程との間に行われ、前記第１の反応層の材料と前記電解質層の材料とを拡散させて当該２つの層の間に前記混合層を形成する工程と、前記第２の反応層形成工程と前記第２の集電層形成工程との間に行われ、前記電解質層の材料と前記第２の反応層の材料とを拡散させて当該２つの層の間に前記混合層を形成する工程とのうち少なくとも一方の工程を備えたことを要旨とする。
【００１９】
これによれば、第１の反応層の材料と電解質層の材料が混在した混合層が形成されるとき、第１の反応層の材料と電解質層の材料とを重ねて塗布し、拡散して形成することから、混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
同様に、電解質層の材料と第２の反応層の材料が混在した混合層が形成されるとき、電解質層の材料と第２の反応層の材料とを重ねて塗布し、拡散して形成することから、混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
【００２０】
本発明の燃料電池の製造方法は、第１の基板上に第１の集電層を形成する第１の集電層形成工程と、前記第１の集電層上に第１の流体拡散層を形成する第１の流体拡散層形成工程と、前記第１の流体拡散層上に第１の反応層を形成する第１の反応層形成工程と、前記第１の反応層形成工程上に電解質層を形成する電解質層形成工程と、前記電解質層上に第２の反応層を形成する第２の反応層形成工程と、前記第２の反応層上に第２の集電層を形成する第２の集電層形成工程と、前記第２の集電層上に第２基板を配置する第２基板配置工程とを含み、前記第１の流体拡散層形成工程と第１の反応層形成工程との間に行われ、前記第１の集電層の材料と前記第１の流体拡散層の材料とを拡散させて、当該２つの層の間に混合層を形成する工程と、前記第１の反応層形成工程と電解質層形成工程との間に行われ、前記第１の流体拡散層の材料と前記第１の反応層の材料とを拡散させて、当該２つの層の間に混合層を形成する工程とのうち、少なくとも一方の工程を備えたことを要旨とする。
【００２１】
これによれば、第１の集電層の材料と第１の流体拡散層の材料が混在した混合層が形成されるとき、第１の集電層の材料と第１の流体拡散層の材料とを重ねて塗布し、拡散して形成することから、混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
同様に、第１の流体拡散層の材料と第１の反応層の材料が混在した混合層が形成されるとき、第１の流体拡散層の材料と第１の反応層の材料とを重ねて塗布し、拡散して形成することから、混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
【００２２】
本発明の燃料電池の製造方法は、第１の基板上に第１の集電層を形成する第１の集電層形成工程と、前記第１の集電層上に第１の流体拡散層を形成する第１の流体拡散層形成工程と、前記第１の流体拡散層上に第１の反応層を形成する第１の反応層形成工程と、前記第１の反応層形成工程上に電解質層を形成する電解質層形成工程と、前記電解質層上に第２の反応層を形成する第２の反応層形成工程と、前記第２の反応層上に第２の流体拡散層を形成する第２の流体拡散層形成工程と、前記第２の流体拡散層上に第２の集電層を形成する第２の集電層形成工程と、前記第２の集電層上に第２基板を配置する第２基板配置工程とを含み、前記第２の流体拡散層形成工程に続いて行われ、前記第２の反応層の材料と前記第２の流体拡散層の材料とを拡散させて、当該２つの層の間に混合層を形成する工程と、前記第２の集電層形成工程に続いて行われ、前記第２の流体拡散層の材料と前記第２の集電層の材料とを拡散させて、当該２つの層の間に混合層を形成する工程とのうち、少なくとも一方の工程を備えたことを要旨とした。
【００２３】
これによれば、第２の反応層の材料と第２の流体拡散層の材料が混在した混合層が形成されるとき、第２の反応層の材料と第２の流体拡散層の材料とを重ねて塗布し、拡散して形成することから、混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
同様に、第２の流体拡散層の材料と第２の集電層の材料が混在した混合層が形成されるとき、第２の流体拡散層の材料と第２の集電層の材料とを重ねて塗布し、拡散して形成することから、混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
【００２４】
本発明の燃料電池の製造方法は、第１の基板上に第１の集電層を形成する第１の集電層形成工程と、前記第１の集電層上に第１の流体拡散層を形成する第１の流体拡散層形成工程と、前記第１の流体拡散層上に第１の反応層を形成する第１の反応層形成工程と、前記第１の反応層形成工程上に電解質層を形成する電解質層形成工程と、前記電解質層上に第２の反応層を形成する第２の反応層形成工程と、前記第２の反応層上に第２の流体拡散層を形成する第２の流体拡散層形成工程と、前記第２の流体拡散層上に第２の集電層を形成する第２の集電層形成工程と、前記第２の集電層上に第２基板を配置する第２基板配置工程とを含み、前記第１の流体拡散層形成工程と第１の反応層形成工程との間に行われ、前記第１の集電層の材料と前記第１の流体拡散層の材料とを拡散させて、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層との間に混合層を形成する工程と、前記第１の反応層形成工程と電解質層形成工程との間に行われ、前記第１の流体拡散層の材料と前記第１の反応層の材料とを拡散させて、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の間に混合層を形成する工程とのうち、少なくとも一方の工程を有するようにしてもよい。
【００２５】
これによれば、第１の集電層の材料と第１の流体拡散層の材料が混在した混合層が形成されるとき、第１の集電層の材料と第１の流体拡散層の材料とを重ねて塗布し、拡散して形成することから、混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
同様に、第１の流体拡散層の材料と第１の反応層の材料が混在した混合層が形成されるとき、第１の流体拡散層の材料と第１の反応層の材料とを重ねて塗布し、拡散して形成することから、混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
【００２６】
本発明の燃料電池の製造方法は、前記電解質層形成工程に続いて行われ、前記第１の反応層の材料と前記電解質層の材料とを拡散させて前記第１の反応層と前記電解質層との間に前記混合層を形成する工程と、前記第２の反応層形成工程に続いて行われ、前記電解質層の材料と前記第２の反応層の材料とを拡散させて前記電解質層と前記第２の反応層との間に前記混合層を形成する工程とのうち少なくとも一方の工程を備えてもよい。
【００２７】
これによれば、第１の反応層の材料と電解質層の材料が混在した混合層の形成方法は、第１の反応層の材料と電解質層の材料とを重ねて塗布し、拡散して形成することから、混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
同様に、電解質層の材料と第２の反応層の材料が混在した混合層の形成方法は、電解質層の材料と第２の反応層の材料とを重ねて塗布し、拡散して形成することから、混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
【００２８】
本発明の燃料電池の製造方法は、前記混合層を挟む前記第１の反応層と前記電解質層の形成工程は、いずれの工程も層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第１の反応層と前記電解質層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の塗布後に前記第１の反応層と前記電解質層の各材料の粒子が液中で拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記第１の反応層と前記電解質層とを乾燥させる乾燥工程とを含むことが望ましい。
【００２９】
これによれば、前記第１の反応層と前記電解質層とのうち、先に塗布された液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布されるので、先の層と後の層は双方共液状で積層された状態となる。その状態で所定の時間放置されることから、液中で２つの層の材料の粒子が拡散される。その後、乾燥工程で、液状から固体状になり、２つの層の材料が混在した混合層が形成される。混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
【００３０】
本発明の燃料電池の製造方法は、前記混合層を挟む前記電解質層と前記第２の反応層の形成工程は、いずれの工程も層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記電解質層と前記第２の反応層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の塗布後に前記電解質層と前記第２の反応層の各材料の粒子が液中で拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記電解質層と前記第２の反応層とを乾燥させる乾燥工程とを含むことが望ましい。
【００３１】
これによれば、前記電解質層と前記第２の反応層とのうち、先に塗布された液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布されるので、先の層と後の層は双方共液状で積層された状態となる。その状態で所定の時間放置されることから、液中で２つの層の材料の粒子が拡散される。その後、乾燥工程で、液状から固体状になり、２つの層の材料が混在した混合層が形成される。混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
【００３２】
本発明の燃料電池の製造方法は、前記混合層を挟む前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の形成工程は、いずれの工程も層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の塗布後に前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の各材料の粒子が液中で拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層とを乾燥させる乾燥工程とを含むことが望ましい。
【００３３】
これによれば、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層とのうち、先に塗布された液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布されるので、先の層と後の層は双方共液状で積層された状態となる。その状態で所定の時間放置されることから、液中で２つの層の材料の粒子が拡散される。その後、乾燥工程で、液状から固体状になり、２つの層の材料が混在した混合層が形成される。混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
【００３４】
本発明の燃料電池の製造方法は、前記混合層を挟む前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の形成工程は、いずれの工程も層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の塗布後に前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の各材料の粒子が液中で拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層とを乾燥させる乾燥工程とを含むことが望ましい。
【００３５】
これによれば、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層とのうち、先に塗布された液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布されるので、先の層と後の層は双方共液状で積層された状態となる。その状態で所定の時間放置されることから、液中で２つの層の材料の粒子が拡散される。その後、乾燥工程で、液状から固体状になり、２つの層の材料が混在した混合層が形成される。混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
【００３６】
本発明の燃料電池の製造方法は、前記混合層を挟む前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の形成工程は、いずれの工程も層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の塗布後に前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の各材料の粒子が液中で拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層とを乾燥させる乾燥工程とを含むことが望ましい。
【００３７】
これによれば、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層とのうち、先に塗布された液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布されるので、先の層と後の層は双方共液状で積層された状態となる。その状態で所定の時間放置されることから、液中で２つの層の材料の粒子が拡散される。その後、乾燥工程で、液状から固体状になり、２つの層の材料が混在した混合層が形成される。混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
【００３８】
本発明の燃料電池の製造方法は、前記混合層を挟む前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の形成工程は、いずれの工程も層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の塗布後に前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の各材料の粒子が液中で拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層とを乾燥させる乾燥工程とを含むことが望ましい。
【００３９】
これによれば、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層とのうち、先に塗布された液状または半乾き状態にある先の層の上に後の層の液状材料を塗布されるので、先の層と後の層は双方共液状で積層された状態となる。その状態で所定の時間放置されることから、液中で２つの層の材料の粒子が拡散される。その後、乾燥工程で、液状から固体状になり、２つの層の材料が混在した混合層が形成される。混合層を形成するための特殊な装置を必要とせず、簡易に混合層を形成できる。
【００４０】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記第１の反応層と前記電解質層の形成工程の前記先に塗布された層の上に前記後の層の液状材料を塗布し、前記拡散工程と前記乾燥工程との後に、前記後の層の液状材料が乾燥した上に、前記後の層の液状材料を再度塗布する工程を備えてもよい。
【００４１】
これによれば、前記第１の反応層と前記電解質層とのうち、先の層の材料を塗布後、後の層の材料を塗布し、拡散し、乾燥することで、２つの層とその２つの層の中間に２つの層の材料が混在した混合層が形成されている。さらに、その上に上側の層と同じ層の液状材料を塗布することで、上側の層と塗布した材料の粒子間の結合ができる。さらにその上に別の液状材料を塗布して拡散することで、上側の層とその上に塗布した別の材料との混合層を形成することができる。したがって、層と層の間に２つの層の材料の混合層が形成された層を複数、積層することができる。
【００４２】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記電解質層と前記第２の反応層の形成工程の前記先に塗布された層の上に前記後の層の液状材料を塗布し、前記拡散工程と前記乾燥工程との後に、前記後の層の液状材料が乾燥した上に、前記後の層の液状材料を再度塗布する工程を備えてもよい。
【００４３】
これによれば、前記電解質層と前記第２の反応層とのうち、先の層の材料を塗布後、後の層の材料を塗布し、拡散し、乾燥することで、２つの層とその２つの層の中間に２つの層の材料が混在した混合層が形成されている。さらに、その上に上側の層と同じ層の液状材料を塗布することで、上側の層と塗布した材料の粒子間の結合ができる。さらにその上に別の液状材料を塗布して拡散することで、上側の層とその上に塗布した別の材料との混合層を形成することができる。したがって、層と層の間に２つの層の材料の混合層が形成された層を複数、積層することができる。
【００４４】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の形成工程の前記先に塗布された層の上に前記後の層の液状材料を塗布し、前記拡散工程と前記乾燥工程との後に、前記後の層の液状材料が乾燥した上に、前記後の層の液状材料を再度塗布する工程を備えてもよい。
【００４５】
これによれば、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層とのうち、先の層の材料を塗布後、後の層の材料を塗布し、拡散し、乾燥することで、２つの層とその２つの層の中間に２つの層の材料が混在した混合層が形成されている。さらに、その上に上側の層と同じ層の液状材料を塗布することで、上側の層と塗布した材料の粒子間の結合ができる。さらにその上に別の液状材料を塗布して拡散することで、上側の層とその上に塗布した別の材料との混合層を形成することができる。したがって、層と層の間に２つの層の材料の混合層が形成された層を複数、積層することができる。
【００４６】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の形成工程の前記先に塗布された層の上に前記後の層の液状材料を塗布し、前記拡散工程と前記乾燥工程との後に、前記後の層の液状材料が乾燥した上に、前記後の層の液状材料を再度塗布する工程を備えてもよい。
【００４７】
これによれば、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層とのうち、先の層の材料を塗布後、後の層の材料を塗布し、拡散し、乾燥することで、２つの層とその２つの層の中間に２つの層の材料が混在した混合層が形成されている。さらに、その上に上側の層と同じ層の液状材料を塗布することで、上側の層と塗布した材料の粒子間の結合ができる。さらにその上に別の液状材料を塗布して拡散することで、上側の層とその上に塗布した別の材料との混合層を形成することができる。したがって、層と層の間に２つの層の材料の混合層が形成された層を複数、積層することができる。
【００４８】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の形成工程の前記先に塗布された層の上に前記後の層の液状材料を塗布し、前記拡散工程と前記乾燥工程との後に、前記後の層の液状材料が乾燥した上に、前記後の層の液状材料を再度塗布する工程を備えてもよい。
【００４９】
これによれば、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層とのうち、先の層の材料を塗布後、後の層の材料を塗布し、拡散し、乾燥することで、２つの層とその２つの層の中間に２つの層の材料が混在した混合層が形成されている。さらに、その上に上側の層と同じ層の液状材料を塗布することで、上側の層と塗布した材料の粒子間の結合ができる。さらにその上に別の液状材料を塗布して拡散することで、上側の層とその上に塗布した別の材料との混合層を形成することができる。したがって、層と層の間に２つの層の材料の混合層が形成された層を複数、積層することができる。
【００５０】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の形成工程の前記先に塗布された層の上に前記後の層の液状材料を塗布し、前記拡散工程と前記乾燥工程との後に、前記後の層の液状材料が乾燥した上に、前記後の層の液状材料を再度塗布する工程を備えてもよい。
【００５１】
これによれば、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層とのうち、先の層の材料を塗布後、後の層の材料を塗布し、拡散し、乾燥することで、２つの層とその２つの層の中間に２つの層の材料が混在した混合層が形成されている。さらに、その上に上側の層と同じ層の液状材料を塗布することで、上側の層と塗布した材料の粒子間の結合ができる。さらにその上に別の液状材料を塗布して拡散することで、上側の層とその上に塗布した別の材料との混合層を形成することができる。したがって、層と層の間に２つの層の材料の混合層が形成された層を複数、積層することができる。
【００５２】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を挟む前記第１の反応層と前記電解質層の形成工程は、いずれも層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第１の反応層と前記電解質層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され乾燥した層の上に当該乾燥した先の層を再溶解可能な溶媒を含む後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の液状材料の塗布後に前記再溶解および前記第１の反応層と前記電解質層の各材料の粒子が液を介して拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記２つの層を乾燥させる乾燥工程とを含むようにしてもよい。
【００５３】
これによれば、前記第１の反応層と前記電解質層とのうち先に塗布された液状材料が乾燥した場合でも、その上に塗布する液状材料は、下の層が再溶解可能な溶媒を含むことから、塗布後下の層の上面が溶解し、粒子が液中で移動するので、上の層の粒子と混じり合い、２つの層の材料が混在した混合層が形成される。したがって、２つの層の塗布は連続して行う必要がなく、下の層を塗布した後、所定の時間経過後に上の層を塗布しても良い。その結果、例えば、塗布装置を複数並べて連続して塗布しなくても、一台で順次塗布して装置の吐出液を交換して塗布することが可能になるので、装置を簡易にでき、製造しやすくなる。また、例えば、下の層を塗布後保管し所定の時間を経た後、上の層の液状材料を塗布することが可能となり、生産工程のスケジュールが組み易くなる。
【００５４】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を挟む前記電解質層と前記第２の反応層の形成工程は、いずれも層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記電解質層と前記第２の反応層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され乾燥した層の上に当該乾燥した先の層を再溶解可能な溶媒を含む後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の液状材料の塗布後に前記再溶解および前記電解質層と前記第２の反応層の各材料の粒子が液を介して拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記２つの層を乾燥させる乾燥工程とを含むようにしてもよい。
【００５５】
これによれば、前記電解質層と前記第２の反応層とのうち先に塗布された液状材料が乾燥した場合でも、その上に塗布する液状材料は、下の層が再溶解可能な溶媒を含むことから、塗布後下の層の上面が溶解し、粒子が液中で移動するので、上の層の粒子と混じり合い、２つの層の材料が混在した混合層が形成される。したがって、２つの層の塗布は連続して行う必要がなく、下の層を塗布した後、所定の時間経過後に上の層を塗布しても良い。その結果、例えば、塗布装置を複数並べて連続して塗布しなくても、一台で順次塗布して装置の吐出液を交換して塗布することが可能になるので、装置を簡易にでき、製造しやすくなる。また、例えば、下の層を塗布後保管し所定の時間を経た後、上の層の液状材料を塗布することが可能となり、生産工程のスケジュールが組み易くなる。
【００５６】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を挟む前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の形成工程は、いずれも層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され乾燥した層の上に当該乾燥した先の層を再溶解可能な溶媒を含む後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の液状材料の塗布後に前記再溶解および前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の各材料の粒子が液を介して拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記２つの層を乾燥させる乾燥工程とを含むようにしてもよい。
【００５７】
これによれば、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層とのうち先に塗布された液状材料が乾燥した場合でも、その上に塗布する液状材料は、下の層が再溶解可能な溶媒を含むことから、塗布後下の層の上面が溶解し、粒子が液中で移動するので、上の層の粒子と混じり合い、２つの層の材料が混在した混合層が形成される。したがって、２つの層の塗布は連続して行う必要がなく、下の層を塗布した後、所定の時間経過後に上の層を塗布しても良い。その結果、例えば、塗布装置を複数並べて連続して塗布しなくても、一台で順次塗布して装置の吐出液を交換して塗布することが可能になるので、装置を簡易にでき、製造しやすくなる。また、例えば、下の層を塗布後保管し所定の時間を経た後、上の層の液状材料を塗布することが可能となり、生産工程のスケジュールが組み易くなる。
【００５８】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を挟む前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の形成工程は、いずれも層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され乾燥した層の上に当該乾燥した先の層を再溶解可能な溶媒を含む後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の液状材料の塗布後に前記再溶解および前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の各材料の粒子が液を介して拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記２つの層を乾燥させる乾燥工程とを含むようにしてもよい。
【００５９】
これによれば、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層とのうち先に塗布された液状材料が乾燥した場合でも、その上に塗布する液状材料は、下の層が再溶解可能な溶媒を含むことから、塗布後下の層の上面が溶解し、粒子が液中で移動するので、上の層の粒子と混じり合い、２つの層の材料が混在した混合層が形成される。したがって、２つの層の塗布は連続して行う必要がなく、下の層を塗布した後、所定の時間経過後に上の層を塗布しても良い。その結果、例えば、塗布装置を複数並べて連続して塗布しなくても、一台で順次塗布して装置の吐出液を交換して塗布することが可能になるので、装置を簡易にでき、製造しやすくなる。また、例えば、下の層を塗布後保管し所定の時間を経た後、上の層の液状材料を塗布することが可能となり、生産工程のスケジュールが組み易くなる。
【００６０】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を挟む前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の形成工程は、いずれも層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され乾燥した層の上に当該乾燥した先の層を再溶解可能な溶媒を含む後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の液状材料の塗布後に前記再溶解および前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の各材料の粒子が液を介して拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記２つの層を乾燥させる乾燥工程とを含むようにしてもよい。
【００６１】
これによれば、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層とのうち先に塗布された液状材料が乾燥した場合でも、その上に塗布する液状材料は、下の層が再溶解可能な溶媒を含むことから、塗布後下の層の上面が溶解し、粒子が液中で移動するので、上の層の粒子と混じり合い、２つの層の材料が混在した混合層が形成される。したがって、２つの層の塗布は連続して行う必要がなく、下の層を塗布した後、所定の時間経過後に上の層を塗布しても良い。その結果、例えば、塗布装置を複数並べて連続して塗布しなくても、一台で順次塗布して装置の吐出液を交換して塗布することが可能になるので、装置を簡易にでき、製造しやすくなる。また、例えば、下の層を塗布後保管し所定の時間を経た後、上の層の液状材料を塗布することが可能となり、生産工程のスケジュールが組み易くなる。
【００６２】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を挟む前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の形成工程は、いずれも層の材料の粒子を含む液状材料を塗布する工程であり、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層とのうち積層順で後に塗布する工程は、先に塗布され乾燥した層の上に当該乾燥した先の層を再溶解可能な溶媒を含む後の層の液状材料を塗布する工程であり、前記混合層を形成する工程は、前記後の層の液状材料の塗布後に前記再溶解および前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の各材料の粒子が液を介して拡散するのに必要な所定の時間放置する拡散工程と、前記拡散工程の後に前記２つの層を乾燥させる乾燥工程とを含むようにしてもよい。
【００６３】
これによれば、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層とのうち先に塗布された液状材料が乾燥した場合でも、その上に塗布する液状材料は、下の層が再溶解可能な溶媒を含むことから、塗布後下の層の上面が溶解し、粒子が液中で移動するので、上の層の粒子と混じり合い、２つの層の材料が混在した混合層が形成される。したがって、２つの層の塗布は連続して行う必要がなく、下の層を塗布した後、所定の時間経過後に上の層を塗布しても良い。その結果、例えば、塗布装置を複数並べて連続して塗布しなくても、一台で順次塗布して装置の吐出液を交換して塗布することが可能になるので、装置を簡易にでき、製造しやすくなる。また、例えば、下の層を塗布後保管し所定の時間を経た後、上の層の液状材料を塗布することが可能となり、生産工程のスケジュールが組み易くなる。
【００６４】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を形成する工程は、前記第１の反応層と前記電解質層とのうち積層順で先に形成される層の材料の粒径が、後に形成される層の材料の粒径より小さい場合に少なくとも行われることが望ましい。
【００６５】
これによれば、前記第１の反応層と前記電解質層とのうち先に形成される層の材料の粒径より、後に形成される層の材料の粒径が大きいとき、液状材料を塗布して拡散させる工程を特に設けることで、前記第１の反応層と前記電解質層の材料が混合した領域を形成することができる。粒径の小さい粒子で構成されている固体状の層の上に、粒径の大きい粒子からなる材料を塗布し積層しただけでは、２つの層の粒子が混在することは無い。そこで、例えば、先に形成される層の材料を塗布後乾燥する前に、後に形成される層を塗布して放置、加熱、振動等により拡散させる方法や、先に形成される層の材料を塗布後、先に形成される層の材料の溶媒と相溶する溶媒を含む後に形成される層の材料を塗布して拡散させる方法などの拡散方法により、前記第１の反応層と前記電解質層との間に、前記第１の反応層と前記電解質層の材料が混在した混合層を形成することができる。
【００６６】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を形成する工程は、前記電解質層と前記第２の反応層とのうち積層順で先に形成される層の材料の粒径が、後に形成される層の材料の粒径より小さい場合に少なくとも行われることが望ましい。
【００６７】
これによれば、前記電解質層と前記第２の反応層とのうち先に形成される層の材料の粒径より、後に形成される層の材料の粒径が大きいとき、液状材料を塗布して拡散させる工程を特に設けることで、前記電解質層と前記第２の反応層との材料が混合した領域を形成することができる。粒径の小さい粒子で構成されている固体状の層の上に、粒径の大きい粒子からなる材料を塗布し積層しただけでは、２つの層の粒子が混在することは無い。そこで、例えば、先に形成される層の材料を塗布後乾燥する前に、後に形成される層を塗布して放置、加熱、振動等により拡散させる方法や、先に形成される層の材料を塗布後、先に形成される層の材料の溶媒と相溶する溶媒を含む後に形成される層の材料を塗布して拡散させる方法などの拡散方法により、前記電解質層と前記第２の反応層との間に、前記電解質層と前記第２の反応層の材料が混在した混合層を形成することができる。
【００６８】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を形成する工程は、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層とのうち積層順で先に形成される層の材料の粒径が、後に形成される層の材料の粒径より小さい場合に少なくとも行われることが望ましい。
【００６９】
これによれば、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層とのうち先に形成される層の材料の粒径より、後に形成される層の材料の粒径が大きいとき、液状材料を塗布して拡散させる工程を特に設けることで、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の材料が混合した領域を形成することができる。粒径の小さい粒子で構成されている固体状の層の上に、粒径の大きい粒子からなる材料を塗布し積層しただけでは、２つの層の粒子が混在することは無い。そこで、例えば、先に形成される層の材料を塗布後乾燥する前に、後に形成される層を塗布して放置、加熱、振動等により拡散させる方法や、先に形成される層の材料を塗布後、先に形成される層の材料の溶媒と相溶する溶媒を含む後に形成される層の材料を塗布して拡散させる方法などの拡散方法により、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層との間に、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の材料が混在した混合層を形成することができる。
【００７０】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を形成する工程は、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層とのうち積層順で先に形成される層の材料の粒径が、後に形成される層の材料の粒径より小さい場合に少なくとも行われることが望ましい。
【００７１】
これによれば、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層とのうち先に形成される層の材料の粒径より、後に形成される層の材料の粒径が大きいとき、液状材料を塗布して拡散させる工程を特に設けることで、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の材料が混合した領域を形成することができる。粒径の小さい粒子で構成されている固体状の層の上に、粒径の大きい粒子からなる材料を塗布し積層しただけでは、２つの層の粒子が混在することは無い。そこで、例えば、先に形成される層の材料を塗布後乾燥する前に、後に形成される層を塗布して放置、加熱、振動等により拡散させる方法や、先に形成される層の材料を塗布後、先に形成される層の材料の溶媒と相溶する溶媒を含む後に形成される層の材料を塗布して拡散させる方法などの拡散方法により、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層との間に、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の材料が混在した混合層を形成することができる。
【００７２】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を形成する工程は、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層とのうち積層順で先に形成される層の材料の粒径が、後に形成される層の材料の粒径より小さい場合に少なくとも行われることが望ましい。
【００７３】
これによれば、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層とのうち先に形成される層の材料の粒径より、後に形成される層の材料の粒径が大きいとき、液状材料を塗布して拡散させる工程を特に設けることで、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の材料が混合した領域を形成することができる。粒径の小さい粒子で構成されている固体状の層の上に、粒径の大きい粒子からなる材料を塗布し積層しただけでは、２つの層の粒子が混在することは無い。そこで、例えば、先に形成される層の材料を塗布後乾燥する前に、後に形成される層を塗布して放置、加熱、振動等により拡散させる方法や、先に形成される層の材料を塗布後、先に形成される層の材料の溶媒と相溶する溶媒を含む後に形成される層の材料を塗布して拡散させる方法などの拡散方法により、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層との間に、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の材料が混在した混合層を形成することができる。
【００７４】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を形成する工程は、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層とのうち積層順で先に形成される層の材料の粒径が、後に形成される層の材料の粒径より小さい場合に少なくとも行われることが望ましい。
【００７５】
これによれば、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層とのうち先に形成される層の材料の粒径より、後に形成される層の材料の粒径が大きいとき、液状材料を塗布して拡散させる工程を特に設けることで、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の材料が混合した領域を形成することができる。粒径の小さい粒子で構成されている固体状の層の上に、粒径の大きい粒子からなる材料を塗布し積層しただけでは、２つの層の粒子が混在することは無い。そこで、例えば、先に形成される層の材料を塗布後乾燥する前に、後に形成される層を塗布して放置、加熱、振動等により拡散させる方法や、先に形成される層の材料を塗布後、先に形成される層の材料の溶媒と相溶する溶媒を含む後に形成される層の材料を塗布して拡散させる方法などの拡散方法により、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層との間に、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の材料が混在した混合層を形成することができる。
【００７６】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を形成する工程は、前記混合層を挟む前記第１の反応層と前記電解質層の材料の粒子を所定の割合で含む液状材料を塗布する工程と、当該塗布工程の後に当該塗布した層を乾燥させて前記混合層を形成する乾燥工程とを含むようにしてもよい。
【００７７】
これによれば、前記第１の反応層と前記電解質層との間に前記第１の反応層と前記電解質層の材料が混在する領域の形成は、下の層の材料を塗布した後、前記第１の反応層と前記電解質層の材料を含む材料を調合し、塗布されている。前記第１の反応層と前記電解質層の材料を含む材料は塗布前に調合されるので、前記第１の反応層と前記電解質層の材料が混じりにくい場合でも添加材等で混合することができる。したがって、２つの層の材料が混在する領域を安定して形成できるので、品質の良い層形成が可能となる。
【００７８】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を形成する工程は、前記混合層を挟む前記電解質層と前記第２の反応層の材料の粒子を所定の割合で含む液状材料を塗布する工程と、当該塗布工程の後に当該塗布した層を乾燥させて前記混合層を形成する乾燥工程とを含むようにしてもよい。
【００７９】
これによれば、前記電解質層と前記第２の反応層との間に前記電解質層と前記第２の反応層の材料が混在する領域の形成は、下の層の材料を塗布した後、前記電解質層と前記第２の反応層の材料を含む材料を調合し、塗布されている。前記電解質層と前記第２の反応層の材料を含む材料は塗布前に調合されるので、前記電解質層と前記第２の反応層の材料が混じりにくい場合でも添加材等で混合することができる。したがって、２つの層の材料が混在する領域を安定して形成できるので、品質の良い層形成が可能となる。
【００８０】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を形成する工程は、前記混合層を挟む前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の材料の粒子を所定の割合で含む液状材料を塗布する工程と、当該塗布工程の後に当該塗布した層を乾燥させて前記混合層を形成する乾燥工程とを含むようにしてもよい。
【００８１】
これによれば、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層との間に前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の材料が混在する領域の形成は、下の層の材料を塗布した後、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の材料を含む材料を調合し、塗布されている。前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の材料を含む材料は塗布前に調合されるので、前記第１の集電層と前記第１の流体拡散層の材料が混じりにくい場合でも添加材等で混合することができる。したがって、２つの層の材料が混在する領域を安定して形成できるので、品質の良い層形成が可能となる。
【００８２】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を形成する工程は、前記混合層を挟む前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の材料の粒子を所定の割合で含む液状材料を塗布する工程と、当該塗布工程の後に当該塗布した層を乾燥させて前記混合層を形成する乾燥工程とを含むようにしてもよい。
【００８３】
これによれば、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層との間に前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の材料が混在する領域の形成は、下の層の材料を塗布した後、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の材料を含む材料を調合し、塗布されている。前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の材料を含む材料は塗布前に調合されるので、前記第１の流体拡散層と前記第１の反応層の材料が混じりにくい場合でも添加材等で混合することができる。したがって、２つの層の材料が混在する領域を安定して形成できるので、品質の良い層形成が可能となる。
【００８４】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を形成する工程は、前記混合層を挟む前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の材料の粒子を所定の割合で含む液状材料を塗布する工程と、当該塗布工程の後に当該塗布した層を乾燥させて前記混合層を形成する乾燥工程とを含むようにしてもよい。
【００８５】
これによれば、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層との間に前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の材料が混在する領域の形成は、下の層の材料を塗布した後、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の材料を含む材料を調合し、塗布されている。前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の材料を含む材料は塗布前に調合されるので、前記第２の反応層と前記第２の流体拡散層の材料が混じりにくい場合でも添加材等で混合することができる。したがって、２つの層の材料が混在する領域を安定して形成できるので、品質の良い層形成が可能となる。
【００８６】
本発明の燃料電池の製造方法では、前記混合層を形成する工程は、前記混合層を挟む前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の材料の粒子を所定の割合で含む液状材料を塗布する工程と、当該塗布工程の後に当該塗布した層を乾燥させて前記混合層を形成する乾燥工程とを含むようにしてもよい。
【００８７】
これによれば、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層との間に前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の材料が混在する領域の形成は、下の層の材料を塗布した後、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の材料を含む材料を調合し、塗布されている。前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の材料を含む材料は塗布前に調合されるので、前記第２の流体拡散層と前記第２の集電層の材料が混じりにくい場合でも添加材等で混合することができる。したがって、２つの層の材料が混在する領域を安定して形成できるので、品質の良い層形成が可能となる。
【００８８】
本発明の燃料電池の製造方法では、層の材料を塗布する方法は、層の材料を含む液滴を吐出して塗布してもよい。
【００８９】
これによれば、各層の材料は、液滴吐出装置によって塗布されている。液滴吐出装置は、層を形成する場所に微小液滴を吐出して塗布するので、凹凸のない、均一な厚みの層が形成される。したがって、最適で均一な厚みに形成された層が積層した燃料電池とすることができるので、各場所における発電量のばらつきのない、品質のよい燃料電池とすることができる。
【００９０】
本発明の電子機器は、上記記載の燃料電池を電力供給源として備えた。
これによれば、発電効率のよい燃料電池を備えているので、小型で、軽く、長時間作動できる電子機器とする事ができる。
【００９１】
本発明の自動車は、上記記載の燃料電池を電力供給源として備えた。
これによれば、発電効率のよい燃料電池を備えているので、小型で、軽く、長時間作動できる自動車とする事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９２】
以下、本発明を具体化した燃料電池の一実施形態について図１〜図１０に従って説明する。
【００９３】
図１は、本発明の燃料電池の斜視図であり、図２は、燃料電池の断面図である。
図１に示すように、燃料電池１は、第１の基板２と発電部３と第２の基板４から構成されている。
【００９４】
第１の基板２は本実施形態では、シリコン板で構成されており、その上面には、第１の流体供給路としての矩形溝状の第１の流路５が互いに平行に複数形成されている。第１の基板２の上面には、発電部３が形成され、第１の流路５を通して、水素燃料供給装置（図示しない）より燃料となる第１の反応流体としての水素ガス６が供給される。
【００９５】
図２に示すように、第１の流路５の中には、粒径の粗い多孔質炭素粒子で形成された第１の支持層７が形成されており、水素ガス６が通過できるようになっている。第１の基板２と第１の支持層７の上面には、銅粒子からなる第１の集電層８が形成され、発電部３の負極（アノード）となっている。第１の集電層８は、第１の支持層７により支持され、第１の流路５内に落ち込まないようになっている。また、第１の集電層８は、編目状に形成され、水素ガス６が通過するようになっている。
【００９６】
第１の集電層８の上面には、第１の混合層９、第１のガス拡散層１０の順に積層して形成されている。第１の混合層９は、銅粒子と第１のガス拡散層１０の構成要素である炭素粒子が混在している。第１のガス拡散層１０は、炭素の粒子などで構成され、水素ガス６が粒子の隙間を通過して均一に拡散されるようになっている。
【００９７】
第１のガス拡散層１０の上面には、第２の混合層１１、第１の反応層１２の順に積層して形成されている。第２の混合層１１は、炭素粒子と第１の反応層１２の構成要素である白金粒子が混在している。第１の反応層１２は、触媒作用をもつ白金粒子などで構成され、水素ガス６が水素イオンと電子に分離する反応が行われるようになっている。
【００９８】
第１の反応層１２の上面には、第３の混合層１３、電解質層１４の順に積層して形成されている。第３の混合層１３は、白金粒子と電解質層１４の構成要素であるパーフルオロスルホン酸系高分子が混在しており、この様な形態にすると発電効率が良くなる事が確認されている。その理由としては、白金粒子とパーフルオロスルホン酸系高分子が互いに接触している接点が多く存在し、白金粒子で発生した水素イオンは、パーフルオロスルホン酸系高分子と接触しやすくなり、パーフルオロスルホン酸系高分子を伝わって電解質層１４へ移動すると考えられる。そのため、第１の反応層１２から電解質層１４へ水素イオンが移動し易くなると推測される。電解質層１４は、パーフルオロスルホン酸系高分子であるナフィオン（登録商標）（デュポン社製）、などから形成されており、水素イオンは通過するが、電子は遮断するようになっている。
【００９９】
第１の集電層８を通過して、第１のガス拡散層１０に到達した水素ガス６は、第１のガス拡散層１０の炭素粒子の間隙を進行することで拡散されて、第１の反応層１２に供給される。第１の反応層１２では、水素イオンと電子が生成される。水素イオンは電解質層１４へ移動する。電子は、電解質層１４を通過できず、第１の反応層１２から第２の混合層１１、第１のガス拡散層１０、第１の混合層９、第１の集電層８を通って負荷抵抗（図示しない）に流れて電流となる。第２の混合層１１では、白金と炭素の粒子が互いに接触している接点が多く存在する。そのため、第１の反応層１２から第１のガス拡散層１０へ電子の移動がしやすくなっており、電気抵抗が小さくなっている。同様に、第１の混合層９では、炭素と銅の粒子が互いに接触している接点が多く存在する。そのため、第１のガス拡散層１０から第１の集電層８へ電子の移動がしやすくなっており、電気抵抗が小さくなるようになっている。
【０１００】
電解質層１４の上面には、第４の混合層１５、第２の反応層１６の順に積層して形成されている。第４の混合層１５は、電解質層１４の構成要素である高分子と第２の反応層１６の構成要素である白金粒子が混在し、その高分子と白金粒子が互いに接触している接点が多く存在する。第２の混合層１１の場合と同様に、この形態にすると燃料電池１の発電効率が向上する事が確認されている。その理由としては、電解質層１４を伝わってきた水素イオンは、高分子に接触している白金粒子と接触しやすく、その白金粒子を伝わって、第２の反応層１６へ水素イオンの移動がしやすくなっていると考えられる。第２の反応層１６は、触媒作用をもつ白金粒子などで構成され、水素イオンと電子と酸素ガスで水を生成する反応が行われるようになっている。
【０１０１】
第２の反応層１６の上面には、第５の混合層１７、第２のガス拡散層１８の順に積層して形成されている。第５の混合層１７では、白金粒子と第２のガス拡散層１８の構成要素である炭素粒子が混在し、その白金粒子と炭素粒子が互いに接触している接点が多く存在する。そのため、第２のガス拡散層１８から第２の反応層１６へ電子の移動がしやすくなっており、電気抵抗が小さくなるようになっている。第２のガス拡散層１８は、第１のガス拡散層１０と同様に、炭素粒子などで構成され、酸素ガスを拡散するようになっている。
【０１０２】
第２のガス拡散層１８の上面には、第６の混合層１９、第２の集電層２０の順に積層して形成されている。第６の混合層１９では、炭素粒子と第２の集電層２０の構成要素である銅粒子が混在し、その炭素粒子と銅粒子が互いに接触している接点が多く存在する。そのため、第２の集電層２０から第２のガス拡散層１８へ電子の移動がしやすくなっており、電気抵抗が小さくなるようになっている。第２の集電層２０は、第１の集電層８と同様に、銅粒子で網目状に形成され、発電部３の正極（カソード）となっている。第６の混合層１９においても、銅粒子は網目状に通気性よく形成されている。
【０１０３】
第２の集電層２０の上面には、シリコン板で構成された第２の基板４が配置される。第２の基板４の下面には、第２の流体供給路としての矩形溝状の第２の流路２１が互いに平行に複数、第１の流路５と略直角に形成されている。第２の流路２１内には、粒径の粗い多孔質炭素粒子で構成された第２の支持層２２が形成され、第２の集電層２０が第２の流路２１に入り込む変形を防止している。
【０１０４】
第２の流路２１には、空気供給装置（図示しない）から第２の反応流体としての空気２３が供給される。空気２３は第２の集電層２０を通過し、第２のガス拡散層１８で拡散し、第２の反応層１６に入る。一方、第２の集電層２０は、負荷抵抗（図示しない）に接続され、第１の集電層８から、負荷抵抗に流れた電子は、第２の集電層２０、第２のガス拡散層１８を通り、第２の反応層１６に到達する。
【０１０５】
第２の反応層１６では、電解質層１４を通過した水素イオンと、供給された空気２３内の酸素と、電子とにより水を生成する反応が行われる。つまり、第１の流路５に水素ガス６を供給し、第２の流路２１に空気２３を供給すると、第１の集電層８と第２の集電層２０の間に負荷抵抗を接続したとき、負荷抵抗に電気が流れ、電池として作用する。
【０１０６】
次に、液滴吐出装置を使った製造方法について図３〜図１０にて説明する。図３は製造工程のフローチャートであり、図４〜図１０は、燃料電池の製造方法を説明する図である。なお、液滴吐出装置にて、機能液を塗布する方法は、公知の技術であり説明は省略する。
【０１０７】
まず、図４（ａ）に示すように、第１の流路５が形成された第１の基板２を液滴吐出装置にセットし、第１の流路５内に多孔質炭素粒子と溶媒などからなる第１の支持層材料液の微小液滴２４を液滴吐出装置のノズル２５から吐出して塗布する（ステップＳ１）。その後、第１の基板２を脱気し真空乾燥する（ステップＳ２）。その結果図４（ｂ）に示すように、第１の流路５に第１の支持層７が形成される。続いて、第１の基板２に銅粒子とその溶媒などからなる第１の集電層材料液２６の微小液滴２７をノズル２５から吐出して塗布する（ステップＳ３）。その結果図４（ｃ）に示すように、第１の集電層材料液２６が塗布された状態になる。
【０１０８】
続いて、第１の基板２上の第１の集電層材料液２６の上に炭素粒子とその溶媒などからなる第１のガス拡散層材料液２８の微小液滴２９をノズル２５から吐出して塗布する（ステップＳ４）。その結果図５（ａ）に示すように、第１の集電層材料液２６と第１のガス拡散層材料液２８が積層された状態になる。第１の集電層材料液２６と第１のガス拡散層材料液２８を、この状態でしばらく放置し、粒子が液中で拡散し混在した後、第１の基板２を脱気し真空乾燥する（ステップＳ５）。
【０１０９】
第１の集電層材料液２６の溶媒と第１のガス拡散層材料液２８の溶媒は、同一の溶媒で構成されており、第１の集電層材料液２６と第１のガス拡散層材料液２８の塗布後は乾燥前にこの２つの液が混じるので、２つの層の材料の粒子が混在した混合層が形成される。その結果図５（ｂ）に示すように、第１の集電層材料液２６と第１のガス拡散層材料液２８の粒子が混在した第１の混合層９が形成される。また、第１の集電層材料液２６と第１のガス拡散層材料液２８は乾燥により第１の集電層８と第１のガス拡散層１０が形成される。
【０１１０】
続いて、第１のガス拡散層１０の上に第１のガス拡散層材料液２８の微小液滴２９を複数回吐出して塗布し、所定の厚みにする（ステップＳ６）。その結果図５（ｃ）に示すように、第１のガス拡散層材料液２８が塗布された状態になる。続いて、塗布された第１のガス拡散層材料液２８の上に白金粒子とその溶媒などからなる第１の反応層材料液３０の微小液滴３１をノズル２５から吐出して塗布する（ステップＳ７）。その結果図６（ａ）に示すように、第１のガス拡散層材料液２８と第１の反応層材料液３０が積層された形となる。
【０１１１】
この状態でしばらく放置し、第１のガス拡散層材料液２８と第１の反応層材料液３０が拡散し混在させた後、第１の基板２を脱気し真空乾燥する（ステップＳ８）。その結果図６（ｂ）に示すように、白金粒子と炭素粒子が混在した第２の混合層１１とその上に、第１の反応層１２が形成される。
【０１１２】
続いて、第１の反応層１２の上に白金粒子とその溶媒などからなる第１の反応層材料液３０の微小液滴３１をノズル２５から吐出して塗布する（ステップＳ９）。その結果図７（ａ）に示すように、第１の反応層材料液３０が積層された形となる。続いて、電解質材料とその溶媒などからなる電解質層材料液３２の微小液滴３３をノズル２５から吐出して塗布する（ステップＳ１０）。その結果図７（ｂ）に示すように、第１の反応層材料液３０の上に電解質層材料液３２が積層した形となる。
【０１１３】
この状態でしばらく放置し、第１の反応層材料液３０と電解質層材料液３２が拡散し混在させた後、第１の基板２を脱気し真空乾燥する（ステップＳ１１）。その結果図８（ａ）に示すように、白金粒子とパーフルオロスルホン酸系高分子が混在した第３の混合層１３とその上に電解質層１４が形成される。
【０１１４】
続いて、同様に電解質材料とその溶媒などからなる電解質層材料液３２を塗布する（ステップＳ１２）。電解質層材料液３２が塗布された状態になるので、その上に白金粒子とその溶媒などからなる第２の反応層材料液３４を塗布する（ステップＳ１３）。その結果電解質層材料液３２と第２の反応層材料液３４が積層された形となる。この状態でしばらく放置し、電解質層材料液３２と第２の反応層材料液３４が拡散し混在させた後、第１の基板２を脱気し真空乾燥する（ステップＳ１４）。その結果、図８（ｂ）に示すように、電解質層１４の上に電解質材料と白金粒子が混在した第４の混合層１５、第２の反応層１６が形成される。
【０１１５】
続いて、白金粒子とその溶媒などからなる第２の反応層材料液３４を塗布する（ステップＳ１５）。塗布された第２の反応層材料液３４の上に炭素粒子とその溶媒などからなる第２のガス拡散層材料液３５を塗布する（ステップＳ１６）。その結果、第２の反応層材料液３４と第２のガス拡散層材料液３５が積層された形となる。この状態でしばらく放置し、第２の反応層材料液３４と第２のガス拡散層材料液３５が拡散し混在した後、第１の基板２を脱気し真空乾燥する（ステップＳ１７）。その結果図９（ａ）に示すように、第２の反応層１６上に白金粒子と炭素粒子が混在した第５の混合層１７と、第２のガス拡散層１８が形成される。
【０１１６】
続いて、炭素粒子とその溶媒などからなる第２のガス拡散層材料液３５を塗布する（ステップＳ１８）。塗布された第２のガス拡散層材料液３５の上に銅粒子とその溶媒などからなる第２の集電層材料液３６を塗布する（ステップＳ１９）。その結果、第２のガス拡散層材料液３５と第２の集電層材料液３６が積層された形となる。この状態でしばらく放置し、第２のガス拡散層材料液３５と第２の集電層材料液３６が拡散し界面付近の所定厚み分混在させた後、第１の基板２を脱気し真空乾燥する（ステップＳ２０）。その結果図９（ｂ）に示すように、第２のガス拡散層１８上に炭素粒子と銅粒子が混在した第６の混合層１９が形成され、その上に第２の集電層２０が形成される。
【０１１７】
次に、図１０（ａ）に示すように、第２の流路２１が形成された第２の基板４を液滴吐出装置にセットし、第２の流路２１内に多孔質炭素粒子と溶媒などからなる第２の支持層材料液３７の微小液滴３８を塗布する（ステップＳ２１）。その後、第２の基板４を脱気し真空乾燥する（ステップＳ２２）。その結果図１０（ｂ）に示すように、第２の流路２１に第２の支持層２２が形成される。
【０１１８】
続いて、図２に示すように、発電部３が形成された第１の基板２の第２の集電層２０と第２の基板４の第２の流路２１が合わさるように組立てられ（ステップＳ２３）、燃料電池の製造が完了する。
次に、前記実施形態の燃料電池を備えた電子機器、自動車について説明する。
【０１１９】
図１２に示す電子機器３９は、電気を供給する電源部を備え、その電源部に本発明の燃料電池が配置されている。
図１３に示す自動車４０は、モータに電気を供給する電源部を備え、その電源部に本発明の燃料電池が配置されている。
【０１２０】
上記したように本実施形態によれば以下の効果を有する。
【０１２１】
（１）本実施形態によれば、第１の集電層８と、第１のガス拡散層１０の間に第１の混合層９が形成されている。この第１の混合層９は、第１の集電層８の構成材料である銅粒子と第１のガス拡散層１０の構成材料である炭素粒子が混在している層であり、銅粒子と炭素粒子の接触点が多いので、炭素粒子から銅粒子へ電子が移動しやすくなっている。従って、第１の集電層８と、第１のガス拡散層１０の間の電気抵抗が小さい構造とすることができる。
同様に、第２のガス拡散層１８と第２の集電層２０との間には、炭素粒子と銅粒子が混在した第６の混合層１９が形成され、第２のガス拡散層１８と第２の集電層２０の層の間の電気抵抗も小さい構造とすることができる。
【０１２２】
（２）本実施形態によれば、第１の混合層９の形成方法は、第１の集電層材料液２６塗布後、乾燥前に第１のガス拡散層材料液２８を塗布した。第１の集電層８の銅粒子の粒径は、上層の第１のガス拡散層１０の炭素粒子の粒系より小さいので、第１の集電層８の塗布、乾燥後に第１のガス拡散層材料液２８を塗布した場合は、炭素粒子は、銅粒子の隙間に拡散しにくい。本実施形態では、第１の集電層材料液２６の乾燥前の銅粒子の流動性が高い状態で、炭素粒子を含む第１のガス拡散層材料液２８を塗布したので、銅粒子を、炭素粒子の隙間に拡散させることができた。従って、第１の混合層９は、銅粒子と炭素粒子の混在した層となるので、電気抵抗の低い層膜間接合とすることができる。
同様に、第６の混合層１９も同じ方法にて形成されている。こちらは、粒径の大きい炭素粒子を含む材料の塗布後に粒径の小さい銅粒子を含む材料の塗布となる。第２のガス拡散層材料液３５の塗布、乾燥後に、第２の集電層材料液３６を塗布したとき、炭素粒子の隙間に銅粒子が入り込むことにより炭素粒子と銅粒子とが混在した極薄い層が形成されるが、第２のガス拡散層材料液３５が乾燥する前に、第２の集電層材料液３６を塗布することで拡散しやすくなる。従って、第６の混合層１９は、炭素粒子と銅粒子が十分混在した領域となるので、電気抵抗の低い膜間接合とすることができる。
【０１２３】
（３）本実施形態によれば、第１のガス拡散層１０と第１の反応層１２の間に第２の混合層１１が形成されている。この第２の混合層１１は、第１のガス拡散層１０の構成材料である炭素粒子と第１の反応層１２の構成材料である白金粒子が混在している層であり、白金粒子と炭素粒子の接触部が多いので、白金粒子から炭素粒子へ電子が移動しやすくなっている。従って、第１の反応層１２と、第１のガス拡散層１０の間は電気抵抗の小さい層構造とすることができる。
同様に、第２の反応層１６と第２のガス拡散層１８との間の第５の混合層１７は、白金粒子と炭素粒子が混在した層となるので、第２の反応層１６と第２のガス拡散層１８の間は、電気抵抗の小さい層構造とすることができる。
【０１２４】
（４）本実施形態によれば、第５の混合層１７は、第２の反応層材料液３４塗布後、乾燥前に第２のガス拡散層材料液３５を塗布して形成した。第２の反応層１６の白金粒子の粒径は、上層の第２のガス拡散層１８の炭素粒子の粒径より小さいので、第２の反応層材料液３４の塗布、乾燥後に第２のガス拡散層材料液３５を塗布した場合は、炭素粒子は、白金粒子の隙間に拡散しにくい。本実施形態では、第２の反応層材料液３４の乾燥前の白金粒子の流動性が高い状態で、炭素粒子を含む第２のガス拡散層材料液３５を塗布したので、白金粒子は、炭素粒子の隙間に拡散することができた。従って、第５の混合層１７は、白金粒子と炭素粒子の混在した層となるので、電気抵抗の低い膜間接合とすることができる。
同様に、第２の混合層１１も同じ方法にて形成されている。こちらは、粒径の大きい炭素粒子を含む材料の塗布後に粒径の小さい白金粒子を含む材料を塗布している。第１のガス拡散層材料液２８を塗布、乾燥後に、第１の反応層材料液３０を塗布したとき、炭素粒子と白金粒子の混在した層が形成されるが、第１のガス拡散層材料液２８が乾燥する前に、第１の反応層材料液３０を塗布することで拡散しやすくなる。従って、第２の混合層１１は、炭素粒子と白金粒子が十分混在した領域となるので、電気抵抗の低い膜間接合とすることができる。
【０１２５】
（５）本実施形態によれば、第１の反応層１２と電解質層１４の間に第３の混合層１３が形成されている。この第３の混合層１３は、第１の反応層１２の構成材料である白金粒子と電解質層１４の構成材料である電解質の重合体（ポリマー）が混在している層であり、白金粒子と電解質の重合体の接触部が多く存在する。この形態において、燃料電池の発電効率が良いことが確認されている。その理由として、水素分子が白金の触媒作用によりイオン化された水素イオンが、白金粒子を経て電解質の重合体へ移動し易くなっている、と推測される。その結果、水素イオンの流動が効率よく行われるので、発電効率のよい燃料電池とすることができる。
同様に、電解質層１４と第２の反応層１６との間に第４の混合層１５が形成されているので、水素イオンは、電解質層１４から第２の反応層１６へ移動し易くなっていると推測され、発電効率のよい燃料電池とすることができる。
【０１２６】
（６）本実施形態によれば、第３の混合層１３の形成方法は、第１の反応層材料液３０塗布後、乾燥前に電解質層材料液３２を塗布した。第１の反応層１２は白金の粒子状であり、電解質層１４は重合体で形成されているので、第１の反応層１２を塗布、乾燥した後に、電解質層１４を形成したとき、電解質層１４の重合体は第１の反応層１２の白金粒子の隙間に拡散しにくくなる。本実施形態では、第１の反応層１２が乾燥する前に、白金粒子の流動性が高い状態で、電解質層材料液３２を塗布するので、電解質の重合体は白金粒子の隙間に拡散することができる。従って、白金粒子と電解質の重合体の混在した層により、水素イオンの流動性の良い層接合となるので、効率のよい燃料電池とすることができる。
同様に、第４の混合層１５も同じ方法にて形成されている。こちらは、電解質の重合体を形成する材料の塗布後に粒径の小さい白金粒子を含む材料を塗布している。電解質層材料液３２を塗布、乾燥して成膜後に、第２の反応層材料液３４を塗布したとき、電解質の重合体と白金粒子の混在した層が形成されるが、電解質層材料液３２が乾燥する前に、第２の反応層材料液３４を塗布することで拡散しやすくなる。従って、第４の混合層１５は、電解質の重合体と白金粒子が十分混在した領域となるので、イオン流動性の良い膜間接合とすることができる。
【０１２７】
（７）本実施形態によれば、第１の集電層８、第１の混合層９、第１のガス拡散層１０の形成において、第１の集電層材料液２６を塗布した上に第１のガス拡散層材料液２８を塗布し拡散後、乾燥している。第１の集電層材料液２６と第１のガス拡散層材料液２８の拡散を所定の時間行い、乾燥にて拡散を停止し制御している。したがって、第１の集電層８、第１の混合層９、第１のガス拡散層１０の各層の厚みを制御することができるので、品質の良い燃料電池とすることができる。
同様に、第１のガス拡散層１０と第１の反応層１２の間の第２の混合層１１、第１の反応層１２と電解質層１４の間の第３の混合層１３、電解質層１４と第２の反応層１６の間の第４の混合層１５、第２の反応層１６と第２のガス拡散層１８の間の第５の混合層１７、第２のガス拡散層１８と第２の集電層２０の間の第６の混合層１９についても、同じ工程にて層が形成されるので、品質の良い燃料電池とすることができる。
【０１２８】
（８）本実施形態によれば、第１の集電層８〜第１のガス拡散層１０を形成し、上面である第１のガス拡散層１０が乾燥した状態で、その上に同じ層形成材料である第１のガス拡散層材料液２８を塗布する。乾燥した層の上に同じ層形成材料とその溶媒が塗布されるので、乾燥した層の上面が溶解し、新たに塗布された液体と融合する。従って、一旦乾燥した層と新たに塗布された層は一体化し、境界のない状態となるので、電子の流れの抵抗となる部分は存在しない。その結果、電気抵抗の小さい層構造とすることができる。
同様に、第１の反応層１２、電解質層１４、第２の反応層１６、第２のガス拡散層１８においても、同じ方法にて、層が形成されるので、同様の効果を有する。
【０１２９】
（９）本実施形態によれば、第１の集電層８、第１の混合層９、第１のガス拡散層１０の形成において、第１の集電層材料液２６を塗布した上に第１のガス拡散層材料液２８を塗布し拡散後、乾燥している。第１の集電層材料液２６と第１のガス拡散層材料液２８の拡散を所定の時間行い、乾燥にて拡散を停止し制御している。したがって、第１の混合層９は銅粒子の多い第１の集電層８側から炭素粒子の多い第１のガス拡散層１０側の間で銅粒子と炭素粒子の構成比率が線形的に変化する構成とすることができる。つまり、全て銅粒子の層から次第に炭素粒子が増えて全て炭素粒子の層に成るように粒子が構成される。よって、炭素粒子と銅粒子の接触部が多く得られ、電子は、炭素粒子から銅粒子に流れやすくすることができる。その結果、電気抵抗が低くなり、効率の良い燃料電池とすることができる。
同様に、第１のガス拡散層１０と第１の反応層１２の間の第２の混合層１１、第１の反応層１２と電解質層１４の間の第３の混合層１３、電解質層１４と第２の反応層１６の間の第４の混合層１５、第２の反応層１６と第２のガス拡散層１８の間の第５の混合層１７、第２のガス拡散層１８と第２の集電層２０の間の第６の混合層１９についても、同じ工程にて層が形成されるので、効率の良い燃料電池とすることができる。
【０１３０】
（１０）本実施形態によれば、各層の材料は、液滴吐出装置によって塗布されている。液滴吐出装置は、第１の基板２上の所望の場所に微小液滴を吐出して塗布するので、凹凸のない、均一な厚みの層が形成される。したがって、発電部３は各層の厚みのばらつきを少なくすることができ、発電量のばらつきのない、品質のよい燃料電池とすることができる。
【０１３１】
（１１）本実施形態によれば、電子機器に配置されている電源部は、本発明の燃料電池が配置されていることから、電源効率がよいので、電池の燃料供給頻度を下げることができる。また、必要電力を供給するのに必要な体積、重量を下げることができるので、電子機器３９を小型軽量にすることができる。その結果、持ち運びしやすい電子機器３９とすることができる。
（１２）本実施形態によれば、自動車４０に配置されている電源部は、本発明の燃料電池が配置されていることから、電源効率がよいので、電池の燃料消費量を下げることができる。また、必要電力を供給するのに必要な体積、重量を下げることができるので、自動車を軽くすることができ、さらに燃料消費量を下げることができる。さらに、電源部の体積を減らすことができるので、自動車の居住空間を広くすることができ、快適な自動車４０とすることができる。
【０１３２】
尚、発明の実施形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように実施してもよい。
・前記実施形態では、第１の層の材料の塗布工程、第２の層の材料の塗布工程、拡散工程、乾燥工程の順で層を形成したが、これに限定されない。第２の層の材料に、第１の層の溶媒を含ませることで、第１の層の材料の塗布工程の後に乾燥工程を入れることができる。つまり、図１１（ａ）に示すように、第１の層の材料を塗布し（ステップＳ３１）、乾燥する（ステップＳ３２）。次に、第１の層の溶媒と同じ溶媒を含む第２層の材料を塗布する（ステップＳ３３）。次に第２の層の溶媒に第１の層の材料が再溶解し、再溶解した第１の層の材料と第２の層の材料とが拡散した後、乾燥する（ステップＳ３４）。
これによれば、本実施形態の効果に加え、第１の層全体に第２の層の材料が拡散することを制御し易くなり、第一の層、混合層、第２の層の３層を分離して形成しやすくできる。さらに、第１の層が乾燥しても良いことから、第１の層の材料の塗布工程、第２の層の材料の塗布工程を連続して行う必要がない。ある層を塗布した後、液滴吐出装置の吐出液を入れ替えて、次の層を塗布することができるので、設備を簡単にすることができる。
【０１３３】
・前記実施形態では、第１の層の材料の塗布工程、第２の層の材料の塗布工程、拡散工程、乾燥工程の順で層を形成したが、これに限定されない。第１の層の材料と第２の層の材料が拡散した層の形成は、第１の層の材料と第２の層の材料を混合した液状材料の混合液を塗布して形成してもよい。つまり図１１（ｂ）に示すように、第１の層の材料を塗布し（ステップＳ４１）、乾燥する（ステップＳ４２）。次に、第１の層の材料と第２層の材料を含む混合液を塗布し（ステップＳ４３）乾燥する（ステップＳ４４）。次に、第２の層の材料を塗布し（ステップＳ４５）乾燥する（ステップＳ４６）。
これによれば、本実施形態の効果に加え、第１の層の材料と第２層の材料を含む混合液を塗布するので、拡散を待つ時間が不要となる。さらに、第１の層の材料と第２の層の材料が混合しにくい性質のときや、第１の層の材料の溶媒と第２の層の材料の溶媒が混合しにくい性質のときに、あらかじめ混在した材料を塗布することができる。さらに、第１の層の材料と第２の層の材料が拡散し過ぎて、層全体に拡散することを防止し、制御することができる。したがって、２つの層の材料が混在する層を安定して形成することができる。
【０１３４】
・前記実施形態では、第１および第２の支持層７，２２の形成材料として多孔質炭素粒子を使用したが、これに限定されない。ガラス粒子でもよい。
・前記実施形態は、第１および第２の集電層８，２０の形成材料として銅を使用したが、これに限定されない。アルミ、金、銀、銅、白金などの金属単体または、複数の組み合わせでもよい。
・前記実施形態は、第１および第２の集電層８，２０は、編目状に形成したが、これに限定されない。担持能力に優れる材料（例えば銅が担持された炭素粒子）を用いても良い。このとき、第２の集電層２０の形成材料より、第２のガス拡散層１８の粒径が小さくなることがあるが、第２のガス拡散層１８塗布後、乾燥する前に第２の集電層２０を塗布するので、第６の混合層１９が形成される。
【０１３５】
・前記実施形態では、第１および第２のガス拡散層１０，１８の形成用材料として、炭素粒子を使用したが、これに限定されない。カーボンナノチューブ、カーボンナノフォーン、フラーレンを用いても良い。また、第１および第２のガス拡散層１０，１８を、それぞれ材料の異なる２層から構成し、第１および第２の集電層８，２０側に炭素粒子を用い、第１および第２の反応層１２，１６側は、触媒担持能力に優れる材料（例えば白金が担持された炭素粒子）を用いても良い。
このとき、第１の反応層１２の形成用材料より、第１のガス拡散層１０の形成材料の粒径が小さくなることもあるが、第１のガス拡散層１０の形成材料を塗布後、乾燥する前に第１の反応層１２を塗布するので、第２の混合層１１が形成される。第２の反応層１６の形成材料より、電解質層１４の形成材料の粒径が小さくなることもあるが、電解質層１４の形成材料を塗布後、乾燥する前に第２の反応層１６の形成材料を塗布するので、第４の混合層１５が形成される。
【０１３６】
・前記実施形態では、第１および第２の反応層１２，１６の形成材料に白金を使用したが、これに限定されない。ヘキサクロロ白金酸や白金―ルテニウム合金を用いてもよい。材料コストを低減することができる。また、白金粒子を担持した多孔質炭素粒子としてもよい。白金に水素ガスが接触しやすくなる。さらに、電子が白金粒子から炭素粒子に移動しやすくなる。
・前記実施形態では、第１および第２の反応層１２，１６の乾燥工程は真空乾燥をしたが、これに限定されない。不活性ガス雰囲気下で加熱してもよい。また、減圧下で加熱してもよい。不要部分を除去することができる。
【０１３７】
・前記実施形態では、電解質層１４の材料にパーフルオロスルホン酸系高分子であるナフィオン（登録商標）（デュポン社製）を使用したが、これに限定されない。タングスト燐酸、モリブド燐酸等のセラミックス系固体電解質を用いても良い。
・前記実施形態では、固体高分子型の燃料電池（ＰＥＦＣ）で構成したが、これに限定されない。ダイレクトメタノール方式の燃料電池（ＤＭＦＣ）の構成としてもよい。燃料電池に直接メタノールを供給することから装置を小型にすることができる。
【０１３８】
・前記実施形態では、第１の流路５に水素ガス６を燃料として供給し、第２の流路２１には空気２３を燃料として供給したが、これに限定されない。第１の流路５に空気２３を燃料として供給し、第２の流路２１には水素ガス６を燃料として供給してもよい。その場合、アノード電極とカソード電極が逆転する。
【０１３９】
・前記実施形態では、第１および第２のガス拡散層１０，１８を形成したが、廃止の構成でもよい。第１および第２のガス拡散層１０，１８のうち一方のみの構成でもよい。工程数を低減できるので、製造が簡便になる。
・前記実施形態では、混合層を全ての層の間に介在させたが、全ての層の間の全てではなく、少なくとも一層の混合層のみを形成した構成でもよい。つまり、第１〜６の混合層９，１１，１３，１５，１７，１９のうち少なくとも一層の混合層のみを形成した構成でもよい。また、電解質層１４を挟んだ両側のうち対となる混合層の一方のみを形成した構成でもよい。工程数を低減できるので、製造が簡便になる。
・前記実施形態では、混合層の形成する方法に拡散する方法を行ったが、混合層毎に異なってもよい。拡散する方法、混合液を塗布する方法、乾燥後に再溶解する方法、を組み合わせて行ってもよい。製品の品質と製造効率のバランスのとれた工程設計ができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明を具体化した燃料電池を示す斜視図。
【図２】燃料電池の断面図。
【図３】燃料電池の製造工程を示すフローチャート。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、燃料電池の製造方法を説明するための図。
【図５】同じく、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、燃料電池の製造方法を説明するための図。
【図６】同じく、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、燃料電池の製造方法を説明するための図。
【図７】同じく、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、燃料電池の製造方法を説明するための図。
【図８】同じく、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、燃料電池の製造方法を説明するための図。
【図９】同じく、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、燃料電池の製造方法を説明するための図。
【図１０】同じく、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、燃料電池の製造方法を説明するための図。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、燃料電池の製造工程を示すフローチャート。
【図１２】電子機器を示す斜視図。
【図１３】自動車を示す斜視図。
【符号の説明】
【０１４１】
１…燃料電池、２…第１の基板、４…第２の基板、５…第１の流体供給路としての第１の流路、６…第１の反応流体としての水素ガス、８…第１の集電層、９…混合層としての第１の混合層、１０…第１の流体拡散層としての第１のガス拡散層、１１…混合層としての第２の混合層、１２…第１の反応層、１３…混合層としての第３の混合層、１４…電解質層、１５…混合層としての第４の混合層、１６…第２の反応層、１７…混合層としての第５の混合層、１８…第２の流体拡散層としての第２のガス拡散層、１９…混合層としての第６の混合層、２０…第２の集電層、２１…第２の流体供給路としての第２の流路、２３…第２の反応流体としての空気、３９…電子機器、４０…自動車。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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